基于薄环层元法的层状地基中摩擦桩竖向受荷计算

基于薄环层元法和虚土桩假设,提出了层状地基中竖向受荷摩擦桩计算模型。将桩身正下方至基岩间的土层视为虚土桩,并将桩土体系划分为多个薄层单元;随后利用虚位移原理求得薄环单元和桩单元的单元矩阵方程,并根据单元间平衡关系建立整体矩阵方程;最后通过桩与桩周土的协调关系,计算出层状地基中桩土体系位移。计算结果与已有方法结果吻合良好,验证了本文的正确性与可靠性。参数分析表明,计算单元厚度越小,精度越高;三层地基中的摩擦桩,中间夹层模量越大,其分担的荷载越多。桩端下卧土层厚度越小,桩端刚度越大。当桩端土厚度小于0.3倍地基厚度时,桩端刚度显著增大。当桩端以下土体分层时,桩端刚度与持力层厚度和强度密切相关。     

水平荷载单桩计算的综合刚度和双参数法杆系有限元数值解

 为提高水平荷载单桩设计计算的准确度和效率,建立基于综合刚度和双参数法原理的杆系有限元数值解。同时,从理论和对静载试验实例的分析上,指出我国现行规范建议的水平荷载桩设计计算m法存在的缺陷,建议改进方法。本文建立的杆系有限元法不像解析法那样存在参数取值的限制,避免了烦琐的查表计算,且无需对桩端约束条件进行假定及区分长桩、短桩和中长桩。实例计算比较表明,当采用与解析法相同的综合刚度和双参数时,杆系有限元解与解析解结果吻合很好,能保证桩顶位移和转角、桩身最大弯矩和及其作用位置与实测结果基本一致;当根据桩长范围内土层变化确定各土层比例系数m,通过若干次试算调整幂指数n和综合刚度EI可获得较解析法更好的计算结果。     

某超限高层桩筏基础的分析计算

采用基础计算程序中的不同计算模型,对某超限高层建筑的桩筏基础进行内力分析和沉降计算;同时比较了上部结构刚度对桩筏基础的影响。发现不同的计算模型会导致差异较大的计算结果,因此认为计算分析桩筏基础时要选用合理的计算模型。此外,上部结构刚度的影响不容忽略,尤其当上部为刚度较大的剪力墙结构体系时。     

用分层积分法分析桩的荷载传递

本文讨论用分层积分法计算桩的位移、轴向压力、桩侧摩阻力、桩端阻力和其它静力受荷性能。推导出了一个运用简单积分的具体计算方法,使得较多复杂因素,象土的非线性、分层土中各层土的不同特性,土参数随深度的变化、桩砼弹性模量在不同荷载下的变化,甚至不等截面桩,都能方便地考虑和计算,为桩的正确计算提供了理论基础。文中给出了6根桩的静载试验实测结果,并同分层积分法计算值进行了比较,两者结果基本一致。     

Mindlin解均化应力法计算桩基沉降及工程应用

基于群桩Mindlin应力解附加应力场和群桩基础变形分布特征,考虑承台和上部结构刚度对沉降变形的均化效应,总结了Mindlin解均化应力分层总和法计算群桩基础沉降的具体步骤细则。针对计算中具体问题,诸如压缩层计算厚度、上部结构刚度贡献、变刚度调平设计中桩类型的多样性,结合特定侧阻分布概化模式不同长径比、不同桩距条件给出基桩均化附加应力计算简易方法。应用所提供的均化附加应力计算方法计算群桩沉降,通过工程实例验证,与Boussinesq实体深基础计算法和等效作用计算法比较,其沉降计算值与实测竣工沉降值较为接近。     

侧向受荷桩与土体相互作用的矩阵分析法

本文用矩阵分析法,研究了侧向荷载作用下置于弹性半空间或分层直线变形地基中的桩与土体相互作用的计算。当地基为弹性半无限空间时,将桩与周围土体划分成一系列离散单元,考虑其间的变形关系,由桩土相互间的变形连续条件进行分析计算。当地基具有不同的分层时,将土体按地基分层采取相应的地基系数,考虑桩与土体之间变形协调,建立基本微分方程,从基本方程的解入手,根据桩内各单元之间的变形与内力的连续条件,用转移矩阵导出桩身各单元的位移、内力与弹性抗力。 所述分析计算,在单元较多的情况下均应用电子计算机配合进行,能较快地求得结果。选择恰当的计算参数,可使计算结果与实际情况有较好的一致性。     

利用桩顶加速度分析打桩时桩端土的静阻力

本文利用应力波理论建立了计算打桩时桩端土静阻力的公式。在该公式中，桩端土的静阻力可以直接从桩顶的加速度信号中获得的桩顶回弹和冲击力持续时间计算得到，并且计算结果和土阻尼无关。同时分别将本文方法和静力触探、击数法及ＣＡＳＥ法作了比较。结果表明，按本文方法计算的静阻力几乎和锤的落高及桩垫刚度无关。本文方法可以用于预估单桩承载力及控制桩的打入深度。     

桩-承台基础相对刚度试验研究

制作了3个九桩承台和1个十六桩承台,采用不同刚度垫块模拟桩刚度的变化,研究了不同承台厚度和桩支撑刚度对承台刚度及其桩顶反力分布的影响。考虑了桩与承台的相互作用,在对试验结果分析的基础上提出了一种新的桩–承台相对刚度表达式。与现有桩筏(箱)基础刚度计算公式进行对比分析,表明按本文推荐公式计算桩-承台相对刚度和桩基承台的刚柔性特征表现出很好的一致性,解决了现有桩筏基础刚度判定公式对刚度较大的桩判别较差的问题,由本文公式可计算出满足刚性条件下所需承台板厚度。     

任意地基中桩的刚度计算

本文采用基于温克尔假定的弹性地基梁计算法,提出了水平分层地基中,受竖向荷载作用桩的刚度传递计算法和受水平荷载作用桩的柔度传递计算法。并且分析了桩土条件对桩的竖向刚度、水平刚度、摇摆刚度及水平摇摆刚度的影响,然后根据等效桩和桩侧土刚度矩的概念,研究了任意地基中桩刚度与它的等效桩及桩侧土刚度矩之间的关系,从而提出了任意地基中桩刚度的近似计算方法。     

静态扭转荷载下端承桩的扭转刚度分析

根据弹性力学理论，建立了桩在静态扭转荷载下的平衡方程，并求解了桩顶扭转刚度的解析解。通过数值计算，分析了桩的长径比和桩土模量比对桩顶扭转刚度的影响。结果表明，桩土模量较小时，桩的长径比对桩顶扭转刚度几乎没有影响；桩土模量较大时，桩顶扭转刚度随着桩的长径比的增加，呈现减少的规律。     

桩底土的成层性对桩体纵向刚度的影响

 为了确定桩底土(桩底与基岩间的土体)的厚度和分层情况对桩体刚度和阻尼的影响,使用锥形虚土桩模型对单桩纵向振动进行求解。桩底应力以一定扩散角度传递至基岩表面,将扩散锥面内部土体看作虚土桩。由虚土桩底部的位移限制条件和阻抗传递法得到桩底和桩顶的复阻抗。将桩底土层的参数转换为虚土桩的参数,通过分析这些参数的变化,进而判断桩底土层对桩体刚度和阻尼的影响。分析结果表明：桩底土层厚度小于5倍的桩体半径时,桩体刚度明显提高,阻尼减小;桩底土层存在软夹层,则桩体刚度会相应降低,阻尼增大,若存在硬夹层,结论相反。桩底土存在不同土层时,若只使用第一层土体的参数估算桩底刚度,误差较大,尤其对处于准静力状态的桩体。     

旁孔透射波法确定桩底深度方法对比研究

针对既有工程桩检测难题而提出的旁孔透射波法被认为最有应用前景的方法之一。现有关于旁孔透射波法的研究以桩顶裸露自由桩为对象尚难以考察其对既有工程桩的测试效果。现有旁孔透射波法确定桩底深度的3种方法,交点法、平移法、校正法,是否存在理论误差未知,加之在实际桩底深度确定方法的选择上没有具体原则,导致在结果可靠性评估上存在不确定性。笔者采用基于射线理论的桩-土简化理论模型分析了以上3种桩底深度确定方法的理论基础和分析误差,并通过旁孔透射波法现场试验对结果正确性进行了验证。通过有限元参数分析探讨了不同桩底深度确定方法的误差随激振点距地高度、测孔-桩侧距、桩土波速比的影响,得到了3种旁孔透射波法桩底深度确定方法的适用性及适用条件。研究结果对具体条件下选择合适的旁孔透射波法桩底深度确定方法有重要意义。     

嵌岩特性对嵌岩桩桩顶扭转振动阻抗的影响

考虑桩身截面和桩侧土性质的变化,建立了层状土中嵌岩桩的扭转振动计算模型和控制方程; 利用Laplace变换技术和阻抗递推技术,求得任意荷载作用下嵌岩桩桩顶扭转振动复阻抗,并通过与现有解对比验证了所得解析解的合理性。基于所得解析解,在桩基础动力设计关注的低频范围内讨论了嵌岩桩几何性质、桩底沉渣、岩体性质对桩顶扭转振动复阻抗的影响。结果表明:在扭转振动条件下,嵌岩桩存在一个临界嵌岩深度,临界嵌岩深度随着桩长径比的增大和嵌岩段岩体性质的提高而降低,这说明在工程设计时,并非嵌岩深度越深对整个桩土系统承载特性越有利; 临界嵌岩深度范围内,随着嵌岩深度的增加,桩顶扭转动刚度逐渐减小,动阻尼逐渐增大,超出此范围时,嵌岩深度对桩顶扭转振动阻抗基本上没有影响; 当嵌岩深度小于临界深度时,桩底沉渣的存在会使桩顶扭转动刚度降低,动阻尼增大; 当嵌岩深度超过临界深度时,桩底沉渣对桩顶扭转振动阻抗基本上没有影响; 桩径是影响桩顶扭转振动阻抗的主要因素。     

托底抗拔桩承载特性的模型试验研究

托底抗拔桩是一种通过无黏结钢绞线将上拔荷载传至桩底,使桩身混凝土受压工作的一类新型抗拔桩。能合理解决桩身受拉开裂问题和基础筏板受桩顶托问题,其承载特性与普通抗拔桩存在差异。通过室内模型试验,对比分析了普通抗拔桩与托底抗拔桩在极限抗拔承载力、桩身轴力传递、桩侧摩阻力分布方面的差异及其原因。探讨了泊松效应对上述两种桩承载力的影响。基于普通抗拔桩承载力确定方法,引入桩相对柔度参数确定托底抗拔系数,提出了托底抗拔桩极限承载力的计算方法与关键参数得取值建议,并通过模型试验数据对该计算方法的合理性进行了验证。     

长短桩高强复合地基的承载模型研究

 针对研究复合地基的剪切位移法相互作用计算模型的局限性,将刚性长桩在短桩深度处断开,分为上下两段分别计算,考虑桩体应力协调,不仅符合实际多层地基分布的特点,而且可实现在不同长度桩体之间的剪切位移法相互作用的分析计算;通过桩周土体的等效刚度参数K,实现长桩、短桩、土体同时受荷时各部分之间的完全相互作用;通过桩体相互作用影响系数b,考虑刚性长桩、柔性短桩和土体之间相互作用的区别,建立长短桩高强复合地基相互作用承载模型并用计算程序实现,通过与其他相互作用计算模型和实测数据对比,证明所建立的承载模型合理可行。     

单层饱和土中桩竖向振动简化模型及其解析解

建立单层饱和土中桩竖向振动的简化模型,基于Biot理论和一维杆件理论,利用势函数分解方法对桩土系统解耦,获得桩土完全接触条件下桩土耦合振动的频域解析解的显式表达,分析桩竖向振动特性的主要影响因素。将提出的简化模型解与饱和半空间中桩振动的积分方程解进行对比,讨论桩底支承刚度的取值。该解析解与边界元解的对比以及退化为单相介质后与单相介质有限元解的对比,均表明其具有较高的精度,可以满足工程要求。     

对软土中锤击贯入桩桩身层裂现象的研究

在软基中打桩时,软土层对桩的阻力很小。当桩锤以一定速度夯击桩头,桩身便传播着应力波,此类压缩波在桩尖近似自由面处反射后成为反向拉伸波,压缩、拉伸波干涉的结果往往在桩尖上部形成一个相当高的拉应力区,这会导致桩底端附近层裂(断裂)。基于一维应力波理论,采用有限差分法,对此进行了初步探讨,得出了一些有益的结论,供工程应用参考。     

饱和土中大直径缺陷桩水平振动响应研究

为了研究成层饱和土中存在缺陷的大直径灌注桩的水平振动响应问题,基于Boit理论和严格的平面应变假设建立缺陷桩-饱和土横向耦合振动简化模型。引入势函数并利用算子分解法、分离变量法得到桩周饱和土对桩的水平作用力,再利用桩土接触面耦合条件及刚度矩阵传递法得到桩顶复阻抗;最后,通过模型对比与退化对比验证本文解的合理性。研究结果表明:(1)扩径对提高桩顶复阻抗起到的作用相对较小,但是缩径的出现将明显降低桩顶复阻抗;(2)桩顶动刚度和动阻尼对桩身缺陷大小和长度的敏感度不同,动刚度较动阻尼更为敏感;(3)桩顶附近缩径缺陷会导致桩顶复阻抗显著降低,而桩中部和端部附近缩径缺陷对桩顶复阻抗的影响相对较小。     

Study on embedded length of piles for slope reinforced with one row of piles

The embedded length of anti-slide piles for slope is analyzed by three-dimensional elastoplastic shear strength reduction method. The effect of embedded pile length on the factor of safety and pile behavior is analyzed. Furthermore, the effects of pile spacing, pile head conditions, pile bending stiffness and soil properties on length and behavior of pile are also analyzed. The results show that the pile spacing and the pile head conditions have significant influences on the critical embedded length of pile...     

考虑地基土剪切模量非线性分布的基桩受扭分析

 为了探讨非均质单层地基中单桩受扭承载特性,基于平衡原理和剪切位移法,考虑地基土剪切模量在地面处为非零值(已有方法多假定为零)且随深度呈幂函数分布模式,以及桩侧极限摩阻力沿深度非线性变化,建立出纯受扭桩桩身与桩周土的扭转控制方程,进而导出桩周土分别处于弹性、部分塑性及完全塑性受力状态时桩身的扭矩~扭转角解析解。由此进行的参数分析表明：剪切模量地面处非零因子?g的取值将影响桩身扭矩的传递效率,且桩顶刚度随桩周土塑性区深度的开展呈递减变化,当桩周土塑性区开展深度距离桩顶达0.3倍桩长时,桩顶刚度降低60%,即近地面土层的塑性破坏对桩顶刚度的降低起主导作用,工程实际中加固桩周地表土层可有效提高基桩抗扭性能。